偏置伸缩液压缸伸缩臂的结构优化研究

摘要

本文针对某工程机械公司研发课题，就混凝土湿喷机在工程中的使用要求和具体参数，结合起重运输机械伸缩臂的特点进行了深入研究，从伸缩方式到截面选择需要做出全面分析与针对性优化，主要内容如下:
　　 首先，根据混凝土湿喷机机械手国内外发展状况以及具体应用要求，通过伸缩臂的设计计算，得出该伸缩臂在工作状态下的具体载荷和参数，为校核最不利工况下该伸缩臂的强度和刚度校核及稳定性提供了条件。
　　 其次，对混凝土湿喷机机械手伸缩臂结构采用Pro/Engineer三维建模软件建立伸缩臂模型，导入ANSYS Workbench有限元分析软件进行了静力学分析和模态分析。分别从刚度和强度方面对其进行了校核，并且针对该伸缩臂结构特点，对比偏置布置伸缩液压缸和对称布置伸缩液压缸下，进行刚度和强度分析，得出最不利工况下相应伸缩臂所受载荷对伸缩臂力学性能影响，证实偏置伸缩液压缸布置的可行性，通过模态分析得出在振动频率不超过8Hz，在选择混凝土泵车电动机、计算混凝土输送管路与其之间的摩擦等激励载荷时，应该避开固有频率和振型。就不会发生共振破坏现象。
　　 再次，根据上述理论计算和有限元分析的结果，建立满足约束下，以伸缩臂轻量化为目标的优化。由于该伸缩臂工作载荷较小，截面紧凑，受偏置伸缩液压缸布置伸缩机构影响，主要针对伸缩臂的壁厚进行以有限元分析满足强度、刚度下的优化。
　　 最后，对优化后混凝土湿喷机机械手伸缩臂的稳定性进行了探讨，通过使用ANSYS Workbench有限元方法对伸缩臂进行了稳定性分析，得出矩形截面箱形伸缩臂的临界载荷，并且用材料屈服极限与复合应力关系进行了修正，校核了该伸缩臂的稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外混凝土湿喷机机械手的发展

1．2．1 喷浆技术的发展

1．2．2 国内湿喷机机械手的发展概况

1．3 课题主要研究内容

第2章 伸缩臂结构及其相关计算

2．1 伸缩臂结构的基本参数及其尺寸设计

2．1．1 主要技术参数

2．1．2 液压缸伸缩臂主要尺寸

2．1．3 主要工况分析计算

2．1．4 不利工况

2．1．5 载荷组合

2．2 箱形伸缩臂的相关计算

2．2．1 伸缩臂受力分析

2．2．2 伸缩臂刚度计算

2．2．3 伸缩臂强度计算

2．2．4 伸缩臂整体稳定性计算

2．3 本章小结

第3章 伸缩臂结构的有限元分析与模态分析

3．1 基于Pro／E三维建模软件建立伸缩臂模型的简介

3．2 基于ANSYS Workbench软件分析的相关描述

3．3 伸缩臂模型导入ANSYS Workbench软件分析进行分析

3．4 伸缩液压缸偏置和对称布置下的伸缩臂静力学有限元分析

3．5 伸缩臂模态分析

3．6 本章小结

第4章 伸缩臂结构的有限元优化

4．1 伸缩臂优化模型的建立

4．2 优化方案的规划

4．2．1 优化步骤

4．2．2 优化过程

4．2．3 优化结果

4．3 本章小结

第5章 伸缩臂稳定性计算和屈曲分析

5．1 伸缩臂局部稳定性校核

5．2 伸缩臂稳定性分析(屈曲分析)

5．2．1 屈曲分析概念

5．2．2 ANSYS Workbench对伸缩臂进行屈曲分析结果

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果